Taller de Antenas

Taller de Antenas
Este documento esta basado en las recopilaciones y experiencias propias del autor. El autor
declina cualquier responsabilidad derivada de la aplicación de este tutorial. La distribución
total o parcial de este documento con fines comerciales esta expresamente prohibida en
cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito del autor.
Previo
Antes de nada, dejar claro que este no va a ser un documento científico lleno de formulas
incomprensibles para el profano, para eso existen ya infinidad de páginas en la red y
multitud de bibliografia . La idea básica es hacer un sencillo documento o "HowTo" para que
todo aquel que este minimamente interesado en la construcción de una antena para mejorar
su red, punto de acceso o lo que se tercie, con un mínimo de voluntad, habilidad y
conocimientos, llegue a comprender el "porque" su antena funciona o no funciona y cómo y
qué puede hacer para solucionar el posible problema y culminar el proyecto con éxito.
Conocimientos básicos
Lo primero que debemos tener claro es como funciona una antena y porque funciona. Un
sistema radiante se compone básicamente de 3 elementos, emisor/receptor, linea de
transmisión y antena. El emisor es el encargado de convertir la información analógica o
digital en ondas electromágneticas que, posteriormente, a traves de la linea de transmisión,
llegarán a la antena, que es el elemento que se encargará de lanzarlas al aire. El receptor es
el encargado de convertir las ondas electromágneticas que reciba nuestra antena en
información útil. Pero, en definitiva, ¿que es una antena?.
¿QUE ES Y COMO FUNCIONA UNA
ANTENA?
Podriamos decir de una forma simple que una antena es un conductor eléctrico que recibe o
radia energia en forma de radiofrecuencia al circular por él una corriente alterna. Todo
campo, ya sea eléctrico o mágnetico supone la existencia de una cantidad de energía en el
espacio que rodea al conductor. Este, para nosotros, es una ANTENA , y ya hemos dicho
que a ella se aplica, provinente del transmisor, una tensión alterna de radiofrecuencia. De
acuerdo a las variaciones de valor y signo de esta tensión, el campo electrico se desarrollará
y desaparecerá intantánea y periódicamente. Otro tanto ocurrirá con el campo mágnetico,
que seguirá las variaciones de la corriente que circula por la ANTENA. Esto significa que la
ANTENA tomará y devolverá energia al generador periódicamente. Sin embargo no toda la
energia es devuelta, sino que, parte de ella, en forma de campo electromágnetico no vuelve
al generador, sino que es RADIADA a través del éter.
Las ondas electromágneticas que se radian al espacio constituyen, pues, una cantidad de
energía que se sustrae al circuito de la antena. Podemos pues suponer que en el conductor
se ha intercalado una resistencia que consume esa cantidad de energía radiada. El valor de
esa resistencia sería el de la RESISTENCIA DE RADIACIÓN que logicamente es muy superior
al la resistencia propia del conductor. Podemos decir, pues, en terminos generales, que una
antena es tanto más eficiente cuanto mayor es la relación entre la resistencia de radiación y
la de perdidas.
LA LONGITUD DE ONDA
Se entiende por longitud de onda la longitud en metros que correspondería a un ciclo de la
corriente considerada, sabiendo que las ondas herzianas viajan en el espacio con la
velocidad de la luz, o sea, 300.000 Km/segundo. Es decir, que, suponiendo una onda
electromágnetica cuya frecuencia fuese de 1 ciclo, esta recorrería en 1 segundo 300.000
Km. y esa seria su Longitud de Onda . Asi pues, en nuestro caso concreto, si hablamos de
una frecuencia de 2.400.000.000 c/s (2,4 Ghz), nuestra Longitud de onda seria:
300.000 Km./2.400.000.000 c/s= 0.000125 Km, o lo que es lo mismo = 12,5 cm
No hace falta decir que si tuvieramos que diseñar una antena para esta frecuencia, la antena
estaria en RESONANCIA con la misma cuando tuviera esa misma longitud, es decir, 12,5
cm. Esto, sin embargo, no es del todo cierto, ya que como veremos mas adelante hay una
serie de factores como el tipo de material utilizado para construir la antena o el efecto
"puntas" que haran que esa longitud fisica de la hipotetica antena sea algo menor. A este
tipo de antenas se les denomina de ONDA COMPLETA, pero no suelen usarse por los
problemas de IMPEDANCIA (600 ohmnios) que presentan a la hora de ser alimentadas.
Fijemonos de todas formas en el comportamiento de la tensión y la intensidad en una
antena de onda completa (A-B).
TIPOS DE ANTENAS
Como hemos dicho anteriormente no suelen utilizarse antenas de onda completa por los
problemas que comporta su adaptación a las impedancias tipicas (600 ohmnios) de las
lineas de alimentación . Las antenas "tipicas" usadas son las llamadas antena de Hertz y la
denominada Marconi, que respectivamente son ANTENAS DE MEDIA ONDA y de
CUARTO DE ONDA.
Para nuestras anteriores explicaciones hemos dado por hecho siempre que "atacabamos"
directamente a nuestra antena desde un generador de radiofrecuencia, pero en la práctica,
eso no se produce normalmente, sino que la energia generada llega a nuestra antena a
traves de una linea de alimentación o transmisión , que es la encargada de llevar la
radiofrecuencia generada desde el emisor a la antena. Los puntos de ataque o excitación
convenientes en las antenas en general son los extremos, el centro o su tercio. La excitación
en los extremos se hace con lineas abiertas y resonantes utilizando un cuarto de onda o
NUMERO IMPAR DE ELLAS, y esto es importante tenerlo en cuenta como veremos mas
adelante observando la imagen anterior.
ANTENA DE MEDIA ONDA (DIPOLO)
La siguiente imagen nos representa una antena de media onda a la que suministramos
alimentación de radiofrecuencia por medio de una linea de alimentación paralela que
describiremos posteriormente cuando hablemos de IMPEDANCIAS. Esta antena tendria un
valor de:
Longitud de Onda x 1/2
Tal y como hemos dicho antes, al aplicar una corriente alterna a nuestra antena, se
generará una tensión y una intensidad. Estas estarán desfasadas 90º, de tal forma que, si
pudieramos visualizar la radiofrecuencia aplicada a nuestra antena veriamos que, en la onda
generada, en el centro de la misma la tensión seria "0" y en los extremos de la antena seria
la máxima generada por la fuente de RF (menos pérdidas, evidentemente), mientras que si
pudieramos ver la intensidad, observariamos que es justo a la inversa, es decir en el centro
de la antena la intensidad sería la máxima eficaz mientras que en los extremos sería "0".
Veamoslo de forma gráfica:
En cualquier tipo de antena la relación entre el valor de la tensión y de la intensidad en un
punto cualquiera de la antena determina el valor de la IMPEDANCIA en ese punto. Como la
tensión y la intensidad (corriente) son variables es lógico que el valor de la impedancia (Z)
tambien lo sea. En un extremo de una antena de media onda el valor de la tension es
máximo, mientras que el de corriente es minímo, por tanto también sera máximo el valor de
la impedancia, mientras que si observamos el centro de la antena de media onda
comprobamos que es a la inversa por lo que el valor de la impedancia será MINIMO . Por lo
común, en este tipo de antenas el valor de la IMPEDANCIA en el centro de la antena es de
73 ohmnios mientras que en los extremos ronda los 2.500 ohmnios. Estos valores, que
corresponden a vientres y nodos de tensión, se consideran como valores de RESISTENCIA
PURA solamente en esos puntos. El conocimiento del valor de la IMPEDANCIA de una antena
en un punto es muy importante desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía
que se envia a la antena puesto que representa la RESISTENCIA DE CARGA aplicada al
transmisor.
LONGITUD FISICA Y ELECTRICA DE UNA ANTENA DE MEDIA ONDA
La longitud eléctrica de una antena de media onda ya hemos dicho que es igual a la
Longitud de Onda dividida por 2. La longitud FISICA es algo menor debido a distintas
causas. El valor REAL de una antena de media onda se obtiene multiplicando la Longitud
de Onda en metros x 0,475 . Como os podeis imaginar, este valor es fruto de una serie de
formulas cientificas que dan como resultado el valor de esta constante. Si sois curiosos y
quereis llegar por vosotros mismos a la conclusión os recomiendo la lectura del libro
Fundamentos de Antenas de Belotserkovski editado por Marcombo. Asi pues, para
nuestro caso concreto y a efectos prácticos vamos a realizar el cálculo de una antena de
media onda, habitualmente denominada DIPOLO, para la frecuencia central de la banda
ICM ubicada entre 2.400 y 2.450 Mhz, es decir, mas o menos sobre el canal 6 que
corresponderia a una frecuencia de 2.437 Mhz. Aplicamos la fórmula para deducir la
Longitud de Onda:
300.000 Km/2.437.000.000 = 12,31 cm. x 0,475 = 5,84725 cm
esa sería la longitud total de nuestra antena de media onda, asi que, si quisieramos saber
cuanto debe de medir cada uno de los elementos de nuestro dipolo, bastaria con dividir
entre 2. Esta claro que, en las frecuencias en la que estamos trabajando 1 mm tiene una
importancia vital, y esto podremos comprobarlo en las demostraciones prácticas de los
próximos capitulos.
ANTENA DE 1/4 de ONDA
Si echamos un vistazo al diagrama de tension/intensidad de la antena de media onda
deduciremos facilmente el comportamiento de una antena de 1/4 de onda y comprobaremos
que podemos utilizarla perfectamente en nuestras aplicaciones, eso si, con solo la mitad de
"rendimiento" que la antena de media onda, alimentandola por un extremo y referenciando
la misma con la "masa" conectada a un plano de tierra isotrópico. Si extraemos del gráfico
del ejemplo anterior una de las mitades tendremos lo siguiente:
Efectivamente podemos ver que, en el punto de alimentación la tensión sigue siendo "0" y la
intensidad presenta su máximo valor, asi que nos sigue siendo útil, aunque en las
frecuencias en las que vamos a trabajar el tamaño no será importante y, habitualmente
trabajaremos a partir de antenas de media onda.
UNIDADES DE REFERENCIA EN CUANTO A GANANCIA
Tal es la importancia que tuvieron (y aun tienen) estos dos tipos de antena que acabamos
de ver, que, cualquier referencia a GANANCIA de cualquier otro tipo de antena tiene como
punto de referencia el DIPOLO DE MEDIA ONDA. Es decir, se atribuye al dipolo un valor
intrinseco de 1 db (decibelio) y a la antena de 1/4 de onda 1 dbi (decibelio isotropico), asi
pues, deduciendo, nuestra antena de media onda tendria una ganancia de 2 dbi respecto a
una antena de 1/4 de onda. Habitualmente deberiamos realizar siempre las relaciones de
ganancia correspondientes usando la medida patrón en cada caso, pero algunos fabricantes
de antena no especifican las unidades a posta e "hinchan" las ganancias reales de sus
antenas especificando en dbi en lugar de en db estos valores. Asi no es extraño ver antenas
direccionales con unas ganancias increibles en sus especificaciones técnicas que no son mas
que fruto de una manipulación tendente a confundir al comprador.
LINEAS DE ALIMENTACIÓN
Las lineas de transmisión a la antena son básicas ya que, raramente, un equipo transmisor
estara conectado directamente a la antena. La linea de transmisión o alimentación de una
antena tiene como objeto , pues, hacer llegar la energia desde el transmisor a la antena SIN
RADIAR ENERGIA , es decir, debe comportarse simplemente como un medio de transporte
y no como una parte integrante de la propia antena. Para conseguir la máxima transferéncia
de energía es preciso cuidar que exista entre el alimentador y la antena, en su punto de
inserción, el debido equilibrio de impedáncias, esto es, hacer que en el extremo de la linea
de alimentación conectada a la antena se reproduzcan lo mas fielmente posible las
condiciones existentes que tendriamos si tuvieramos conectada directamente la antena al
transmisor.
¿Como se consigue esto?. Pues en el hipotético caso de tuvieramos una antena de media
onda cortada a la frecuencia de trabajo deseada, es decir, con una impedáncia típica de 73
ohmnios, con una linea de alimentación simétrica con una impedáncia típica también de 73
ohmnios y nuestro transmisor presentara también una impedáncia en su circuito resonante
de 73 ohmnios, sería muy fácil, puesto que si volvemos al gráfico del comportamiento de
nuestra antena de media onda, bastaria con calcular que longitud de linea de alimentación
necesitariamos, mas o menos, y aproximar a esa longitud un valor en el que se
reproducieran los parametros que tenemos a la salida de nuestro transmisor, es decir, una
intensidad MAXIMA y una tensión MINIMA, justo en el punto de inserción de la linea de
alimentación de nuestra antena. Es decir, si tenemos en cuenta que por cada cuarto de onda
de longitud del cable de alimentación se invierten los valores de impedáncia en sus
extremos, nos bastara con darle al cable de alimentación el equivalente a los CUARTOS
PARES de la longitud de onda, es decir, 2 longitudes de onda, 4,6,8,10.... de esta forma
nos coincidiria en fase, intensidad y tensión con el origen del mismo cable conectado al
generador en ambos puntos de inserción de los ramales de nuestro dipolo. Esta sería pues la
linea de alimentación PERFECTA de un circuito de emisión PERFECTO y con una antena
PERFECTA.
* Si teneis curiosidad como se calcula la impedancia de una linea de alimentación de una
antena podeis dar un vistazo aqui.
* Si quereis conocer algo mas sobre los parámetros a tener en cuenta para los calculos de
antenas daros una vuelta por aqui.
Pero , como en todo en esta vida, no hay nada perfecto, tenemos que:
-Las lineas de alimentación ya no son simetricas, sino coaxiales, ya que son mucho mejores
técnicamente.
-Los circuitos resonantes de nuestros transmisores estan sintonizados a 52 ohmnios (o eso
suponemos).
-Los cables tienen un factor de velocidad distinto segun el que usemos.
Y LAS ONDAS ESTACIONARIAS, ¿QUE SON?
Las "ondas estacionarias" o SWR (Standing Wave Ratio) no son otra cosa que el producto de
la desadaptación o el desfase que pueda existir en nuestra antena o en nuestra linea de
alimentación con respecto al generador de señal, en nuestro caso el emisor. Es decir,
nuestra antena PERFECTA, despreciando pérdidas típicas, era capaz de irradiar al éter el
máximo de energia que le llegaba del transmisor debido a que la impedancia que presentaba
al mismo era "igual" a la del propio transmisor. Pero, ¿que ocurre si esa impedancia es
distinta?, pues ocurre que nuestra antena no puede irradiar parte de esa energía al éter y la
devuelve al generador de forma directamente proporcional a la desadaptación, es decir,
cuanto mayor es la desadaptación, mayor es la cantidad de energía devuelta al punto de
origen, pudiendo llegar fácilmente a la destrucción del mismo. Por ello es MUY IMPORTANTE
el asegurar una buena adaptación entre nuestro equipo, nuestra linea de transmisión y
nuestra antena, ya no solo por el mejor rendimiento (tanto en emisión como en recepción)
que nos proporcionará, sino por el peligro que conlleva para la vida de nuestro emisor una
mala adaptación, aunque sea en potencias bajas, el efecto es proporcional. ¿Que puede
provocar esa desadaptación?. Pues, lógicamente, una medida erronea de los elementos
radiantes de nuestra antena, una mala adaptación de la linea de transmisión, la proximidad
de cuerpos u objetos metálicos que impidan una buena radiación de nuestra antena etc...
(yo he visto algún articulo "técnico" con una antena "pegada" literalmente a un armario
metálico...y, encima decia que la antena funcionaba de perlas... HI). Para que os hagais una
idea de como afectan las SWR a nuestro transmisor, echad un vistazo aqui.
Asi pues, nuestra misión será acercar lo máximo posible, teniendo en cuenta el material que
usemos, a esa instalación perfecta que hemos visto antes. De momento ya teneis una idea
de cómo y porque funciona una antena y los parámetros mas importantes que debeis tener
en cuenta, a partir de aqui, en los proximos capitulos ireis viendo como ir solucionando esos
"problemillas" que se nos iran presentando, y más en estas frecuencias de microondas en
donde la teoría parece no coincidir nunca con la práctica, a menos que nos armemos con
una buena dosis de paciencia y unos cuantos litros de café para llegar a descubrir en la
práctica la técnica de las microondas. Y eso es lo que vamos a hacer en los próximos
capitulos.
Taller de Antenas (1)
Este documento esta basado en las recopilaciones y experiencias propias del autor. El autor
declina cualquier responsabilidad derivada de la aplicación de este tutorial. La distribución
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cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito del autor.
Manos a la obra
Pues una vez tenemos ya mas o menos claro el funcionamiento teórico de una antena,
vamos ya a la parte práctica que es la que realmente nos interesa a todos y que será la que,
en definitiva, nos dara un conocimiento real del comportamiento de las mismas.
Os adelanto que no va a ser una tarea fácil ya que requiere de una buena dosis de paciencia,
pero os aseguro que los resultados valdran realmente la pena. Lo primero que debemos
hacer es ver lo que nos va a hacer falta para seguir paso a paso este tutorial.
Herramientas y materiales varios
Para empezar a trastear necesitaremos:-1 Cortahilos de precisión.
-1 Metro de calidad.(No vale el del costurero de vuestra madre/novia o mujer)
-5 metros de cable RG-58. (Del mejor que encontreis ya que hay multitud de ellos, aqui
podeis ver mas detalles)
-Si es posible, 1 Conector MMCX Reverse Hembra. (Nosotros hemos sido un poco chapuzas)
-Soldador de 40W
-Estaño de 1mm del usado en electrónica.
-5 o 10 cm de tubo de cobre de 9 o 10 mm de diametro.
De momento con esto pasamos. Vamos ahora al hardware y el software.
Hardware y Software
Para empezar necesitaremos una tarjeta tipo Prism2. Nosotros hemos utilizado la USR2445
que es la que viene en los AP USR2450 ya que era la que teniamos mas a mano y, además
es la que vamos a usar en nuestra infraestructura de red. En principio deberia valernos
cualquier tarjeta Prism2 con conector de antena externo.
Asi que la desmontamos de una unidad y listos.Acordaros de conectarle la ANTENA, ya
que , si no, podeis destruir vuestra tarjeta!!!
¡Ojo!... existen al menos 3 tipos de tarjetas distintas dependiendo del origen de vuestro
USR2450, de momento, que sepamos hay modelos con la USR2410, USR2415 y USR2445 y,
es mas, de la USR2445 existen 2 tipos, la "americana" y la "europea"... En principio todas
funcionan correctamente.... aunque hemos detectado un mejor "rendimiento" a la hora de
configurar determinados parametros en una de ellas... aqui las teneis:
Ahora, para los que vayais a usar esta misma tarjeta, si no lo habeis hecho ya, lo primero
que hay que hacer es "descaparla" para que pueda trabajar en todos los canales, ya que,
por lo general, si teneis en vuestras manos un AP de procedencia Belga o Francesa, vienen
"capadas" y solo pueden trabajar entre los canales 10 y 13, por lo que no nos seria útil para
nuestro objetivo. Para ello seguid AL PIE DE LA LETRA el HowTo de estas mismas páginas y
que encontrareis aquí.
Parad atención a la hora de quitar el conector de la tarjeta. Tratadlo con delicadeza. Hemos
detectado algunas tarjetas en las que el casquillo de la masa del conector esta suelto y esto
produce lecturas falsas que os pueden hacer pensar que el WlanExpert, que es el programa
que vamos a usar, no funcione correctamente.
Para solventarlo, bastará conque hagais palanca con un destornillador fino en los orificios de
ambos lados del conector, y, con otro destornillador le deis la vuelta a la abertura hasta que
oigais un ligero chasquido que indicará que se ha roto el remache de plastico que impide
abrirla... no seais brutos y hacedlo con cuidado... una vez abierta bastará con aplicar una
soldadura rapida y precisa a ambos lados del conector sobre el circuito impreso.
Bien, una vez solventados esos pequeños problemas que os pueden surgir seguimos....
Una vez "descapada", bajaros los ultimos drivers para la tarjeta según el sistema operativo
que vayais a usar de aqui. Nosotros hemos estado usando los de la versión 1.33 y funcionan
perfectamente.
Los drivers para la tarjeta USR2445 son los mismos que los de la USR2410 asi como la
utilidad "cliente" de configuración. El objetivo, antes de nada, es que vuestra tarjeta
funcione "normalmente" y os podais conectar a vuestro AP sin ningun problema. Se han
detectado en algunos modelos de PC portatiles ciertas incompatibilidades entre drivers de
distintas tarjetas/adaptadores USB, sobre todo si usais Windows XP, ya que este SO tiene la
"tendencia" de querer "controlarlo" todo, asi que es recomendable desinstalar cualquier tipo
de driver wireless antes de realizar la instalación de los drivers para vuestra tarjeta Prism2.
Una vez instalados y actualizados los drivers, el programa "cliente", una vez instalado, os
hará aparecer un icono en vuestra barra de tareas en forma de monitor, (en verde, en
amarillo o en rojo) :
Si aparece en verde o en amarillo es que ya ha detectado un AP próximo y que vuestra
tarjeta funciona correctamente. Si está en rojo es que hay algun problema. Asi pues
verificaremos si es un problema de configuración clicando sobre el icono del monitor, o si es
que teneis algún otro problema:
Si conoceis el SSID del AP al que intenteis conectar podeis intentar ponerlo en "Network
Name" para aseguraros de que no haya algún problema en el escaneo, aunque eso no sería
demasiado "normal". Si no conseguiis "ver" vuestro AP cercano, posiblemente tengais algún
problema de drivers, asi que volved atrás e intentad la reinstalación. para verificar que
funciona, en la pestaña de "Status" debe aparecer algo parecido a esto:
Bien, llegados a este punto podemos decir ya que vuestra tarjeta funciona perfectamente y
podemos ir al siguiente paso.
Taller de Antenas (2)
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cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito del autor.
WlanExpert
Sin duda la principal herramienta que nos permitirá analizar con exactitud el
comportamiento, ganancia y demas paramentros de nuestra antena. Sabido es de todos los
que trasteamos habitualmente con antenas, que, el principal problema con el que nos
encontramos, es establecer si nuestras antenas funcionan adecuadamente. El principal
problema en estas frecuencias es el encontrar el hardware adecuado para realizar las
correspondientes mediciones, y, en el caso de encontrarlo, su precio es prohibitivo. Cierto es
que existen por ahi algunos diseños de medidores de SWR (como este o este otro) que,
suponemos, deben de funcionar, aunque, como podremos ir viendo en capitulos sucesivos, si
funcionan al mismo nivel que algunos diseños de antenas de los que pululan por la red, el
fracaso estaria asegurado. Sin embargo, buscando por la red, hemos encontrado esta
pequeña maravilla de programa que, como podreis ver, cumple con creces cualquier
expectativa previa. Se trata del WlanExpert, una autentica joya de programa que os podeis
bajar de aqui .
Una vez os lo hayais bajado y con la premisa previa de que vuestra tarjeta Prism2 este
funcionando correctamente, lo instalais y lo arrancais. Vamos a ver ahora, aunque un poco
por encima lo que es capaz de hacer nuestro programa.
Una vez arrancado aparecera ante vosotros una pantalla como esta:
Efectivamente, de inmediato toma el "mando" de nuestra tarjeta sustituyendo a nuestro
programa "cliente". Como podeis ver, nos da indicacion en dbm de la señal, interferencia y
errores.Nos indica el canal, la tasa de transferencia, potencia de salida y MAC del AP
corresponsal. Clicamos ahora sobre el boton de TX Power.
Como podeis comprobar nos permite ajustar la potencia de salida de nuestra tarjeta, lo cual
es una interesante herramienta a la hora de poder establecer ganancia y sensibilidad de
nuestro sistema. Vamos ahora al boton Air Scan.
Aqui nos muestra el "espectro" de nuestra banda, lo que nos permitira analizar en que
canales hay "ruido" o señales de AP.Como podeis ver tiene unas cuantas opciones con el fin
de poder ajustar los distintos paramentros de analisis. Y por ultimo vamos a clicar sobre la,
para nosotros, mejor utilidad del programa en cuestión, la tecla de Antenna Test.
Vamos a parar atención a esta parte del programa, que va a ser la que nos va a permitir
ajustar al máximo nuestras antenas para conseguir un rendimiento óptimo en nuestros
enlaces. Si os fijais en la tabla, en vertical tenemos la relacion de SWR, es decir, de ondas
estacionarias que no "pueden" salir al aire por el motivo que sea, y que nos son devueltas al
emisor. En la horizontal tenemos los canales de trabajo de nuestra tarjeta. El hecho de que
estamos trabajando con un ancho de banda considerable, de 5 Mhz por canal, hará que,
como podreis ver, no sea un trabajo facil el ajustar una antena optimizada que nos trabaje
igual de bien en todos los canales. Además, tendremos la opción de ver "numericamente" los
valores de SWR en cada canal dandole a la tecla "Inform"
Fijaros en que, ademas de los valores en cada canal de SWR nos genera un informe en
donde nos apunta los posibles fallos de nuestra instalación. Una joya, vamos...
En definitiva, junto a la pantalla principal de WlanExpert que nos permite analizar la calidad
de nuestro enlace, asi como la ganancia en cada momento de nuestra antena en referencia a
un AP determinado, esta utilidad de Antena Test nos permitirá establecer los ajustes
necesarios para obtener el máximo rendimiento y comparar las caracteristicas de cada
antena que nos propongamos probar... Vereis cuantas desagradables sorpresas nos vamos a
llevar.
Visto esto podemos pasar ya a nuestras primeras prácticas con el programa y antenas....
Taller de Antenas (3)
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Primeros pasos
Sin duda, una vez visto el potencial del programa WlanExpert, vamos a empezar ya con la
primera prueba práctica con el a fin de irnos familiarizando con su uso, y en nuestro caso,
que mejor que empezar con la propia antena de nuestro Ap USR2450. Muchas veces,
cuando leo comentarios "despectivos" en relación a las "antenitas" que llevan incorporados
los equipos comerciales, no puedo por menos que torcer una media sonrisa pensando en lo
ilusos que podemos llegar a ser creyendonos que un fabricante sera tan estúpido como para
echar por los suelos el prestigio de sus equipos dotandoles de una mala antena que hagan
caer en picado el rendimiento de los mismos y condenadoles al ostracismo. Y una
demostracion palpable de lo que que comentamos la vamos a ver de inmediato analizando la
propia antena del USR2450. Asi pues, vamos a usar de referencia la propia antena comercial
de nuestro AP para establecer los rendimientos y comportamientos de nuestras antenas
posteriores... vereis que sorpresas nos llevaremos.
Antena dipolo 2dbi USR2450
Vamos pues a analizar nuestra antena. Para ello, a fin de no tener sorpresas vamos a utilizar
los propios "pigtails" de nuestro AP. Asi que si no lo habiais hecho aún, lo desmontais de la
caja de plastico y le conectais la antena.
Es MUY IMPORTANTE realizar las pruebas colocando la antena en su posición "natural", es
decir, en posición vertical y alejada de cualquier objeto metalico. De hecho, lo ideal para
cualquier tipo de experimento con antenas sería hacerlo en el exterior, lejos de cualquier
elemento que pueda perturbar las mediciones y que nos pueda llevar a engaño.
Asi que, vistas ya las primeras premisas, vamos alla con nuestra primera experiencia con el
WlanExpert.
Arrancamos nuestro cliente, nos aseguramos de que funciona y ejecutamos el WlanExpert
con nuestra antena conectada a la tarjeta:
Efectivamente comprobamos que funciona correctamente. Un buen nivel de señal de nuestro
AP cercano, sin interferencias y sin errores de enlace. Clicamos ahora al boton de Antenna
Test:
¿Que observamos?.Pues nada mas y nada menos lo que ya nos habiamos imaginado. Es una
fantástica antena con un comportamiento excelente en todos los canales, siendo su
rendimiento óptimo en el centro de la banda entre los canales 4 y 9, y un rendimiento mas
que aceptable tambien en el resto. Fijaros pues bien en este grafico porque va a ser el punto
de referencia de aqui hasta el final del Taller de Antenas, es decir, vamos a establecerla
como lo que llamabamos en el primer capitulo la Antena Perfecta.
Si ahora le damos a la tecla Inform veremos que nos confirmará aún mas nuestra
apreciación.
Efectivamente, el "Nice Antenna..." que aparece en el informe nos está diciendo que
estabamos en lo cierto. Es una buenisima antena.
A partir de aqui, con un punto de referencia establecido, vamos ya a construir nuestra
primera antena...
Si te parece que esto esta "chupao"... intenta hacer una antena como esta sin leer el
próximo capitulo... que es lo que vamos a hacer..
Taller de Antenas (4)
Este documento esta basado en las recopilaciones y experiencias propias del autor. El autor
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cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito del autor.
Nuestra primera antena
Sin duda, como hemos visto en el capitulo anterior, el dipolo de 2dbi, es decir 1db, original
de nuestro USR2450 es una mágnifica antena, asi que vamos a hacer de "japoneses" y a
intentar "calcarla", y asi, de paso, sacar nuestras primeras conclusiones. En nuestro caso, y
como ya os advertiamos antes, hemos tenido que suplir la falta del conector "adecuado"
cortando por lo sano nuestro "pigtail" aún a sabiendas de que por ahi vamos a perder
alrededor de 1 db por muy bien que hagamos el empalme... pero de momento nos
conformaremos... Aunque en la foto aparezca un conector, al final, para evitar más perdidas
innecesarias y con el fin de hacer nuestra replica lo mas fideligna posible, hicimos la
conexión directamente sin conectores...
Asi pues, lo primero que haremos será analizar a conciencia nuestra antena de referencia,
asi que, ni cortos ni perezosos desarmamos el capuchon de nuestra antena.... que aunque
en algunas de ellas puede quitarse sin demasiado esfuerzo... en otras hay que tomar
medidas mas drásticas. He aqui nuestra antena "por dentro":
Tomamos "medidas". La parte superior del elemento radiante 3 cm. el capuchon metalico
inferior del supuesto dipolo 2,2 cm. Vaya, primer "misterio", y por lo tanto la "capacidad"
intrinseca tampoco es la misma. En teoria deberian medir lo mismo si estamos hablando de
un dipolo... pero por contra, el casquillo inferior es bastante mas ancho. En un principio
incluso llegamos a pensar de que la parte no visible pudiera albergar la malla del propio
cable "plegada" sobre el mismo coaxial y que, la parte exterior fuese un "adaptador de
IMPEDANCIAS" para equilibrar la impedancia tipica del dipolo (75 ohms) con la del cable,
posiblemente RG-174... pero no, pudimos comprobar que simplemente se trata del
capuchón metalico soldado directamente sobre la misma malla. Asi pues, tuvimos claro que
la linea de alimentación terminaba "justo" donde empieza el elemento superior de la antena,
y que esta antena NO tiene adaptador de impedancias. ¿Porque?, pues muy sencillo, porque
el propio capuchón que esta trabajando como elemento radiante inferior sobre la propia
malla del cable confiere a nuestra antena una impedancia aproximada a los 50 ohmios, por
lo tanto está perfectamente adaptada. Vamos ahora con la longitud del cable, desde la parte
superior del capuchón hasta la "punta" del conector TNC Reverse Female que constituye el
punto de conexion entre nuestra antena y el "latiguillo" o "pigtail" que lleva nuestra antena
hasta nuestra tarjeta, en total 8 cm. Vamos ahora a medir el "latiguillo".
Medimos y, de punta a punta 13 cm. Es decir 13+8= 21 cm.
En ese momento no puedo por menos que establecer una relación evidente entre el
elemento radiante, 3 cm. (1/4 de onda) y los 21 cm. del "latiguillo", es decir 21/3 = 7 .¿A
que me recuerda esto?... Ah... ya lo tengo, la vieja teoria de los radioaficionados que
siempre escuche de mis mayores y que decia que una linea de alimentación coaxial
(asimetrica) debe ser siempre de una longitud tal que coincida con UN MULTIPLO IMPAR
de 1/4 de onda. ¿pero... no deciamos en el primer capitulo, cuando hablabamos de las
lineas de alimentación, que el cable de alimentación debia de ser el equivalente a los
CUARTOS PARES de la longitud de onda?... si... es cierto...pero eso era solo para lineas de
alimentación SIMETRICAS, ya que los campos generados en las propias lineas de
alimentación se contrarestan entre ellos, pero no asi en las lineas de alimentación coaxiales,
donde el efecto no es el mismo y el punto máximo de intensidad y minímo de tensión
coincide con los multiplos impares de 1/4 de la longitud de onda. Asi pues, si estamos en lo
cierto, podemos deducir que LAS TARJETAS QUE USAMOS NO TIENEN NINGUN TIPO DE
TRANSFORMADOR DE IMPEDANCIA, por lo que, ademas de tener en cuenta las
carácteristicas típicas de la antena, sea la que sea, siempre deberemos de tener en cuenta la
longitud de la linea de alimentación. Por esto los "pigtails" valen lo que valen...no porque
montar los conectores sea mas o menos dificíl como algunos dicen... y eso lo podreis ir
comprobando en capitulos posteriores.
Pero a lo que ibamos. Nuestra antena clónica.
-Cortad un trozo exacto de cable RG-58 de 21+3 = 24 cm. (Si lo haceis como tuvimos que
hacerlo nosotros por el tema de los conectores acordaros de compensar la longitud añadida
de la longitud del cable y recortarlo del RG-58, es decir, la medida total debe de ser siempre
de 21 cm.)
-Cortad también un trozo de tubo de cobre de 9 o 10 de diametro de 2 cm.
-Pelad un extremo del cable de 3 cm. exactamente, pelando 1 mm. el plastico para poder
estañarlo posteriormente, y cortad la malla a 1 mm. como mucho, el espacio mínimo para
poder soldar el tubo en el punto de unión con cierta comodidad.
mas o menos como en la imagen.
Ahora, a efectos prácticos, para que os deis cuenta de la importancia de la exactitud de las
medidas en las antenas de microondas, soldad en la punta un trocito del vivo del mismo
cable de 5 mm. y vamos ya a observar el comportamiento de nuestra antena "clonica" que
tendra un aspecto mas o menos como esta:
Arrancamos el WlanExpert y veamos que nos muestra....con 35 mm (3,5 cm.).
Uff... parece resonar "algo" bien en los canales 2,3 y 13, pero dista mucho de nuestra
antena "perfecta". Vamos a cortar 1 mm., es decir, a 34 mm.
Seguimos mas o menos igual. Sin embargo observamos una ligera mejora en los canales 2 y
3. Vamos a cortar 1 mm. mas, es decir, nos ponemos a 33 mm.
Vamos ganando un poco mas.El vértice situado en el centro de la banda ya ha disminuido
ligeramente.Cortamos otro mm. y nos ponemos a 32 mm.
Aja...esto parece irse centrando... cortamos otro mm. Nos ponemos en 31 mm.
Ya casi...cortamos el mm. que nos sobra y dejamos el cable en los 30 mm originales de la
antena de referencia.
Bien. Esta es la antena en principio homónima a la original. Ahora bien, existen una serie de
factores como puede ser el tipo de cable, la capacitancia del tubo, soldaduras, etc... que
puede originar ligeras diferencias, asi que vamos a afinar un poco mas y cortamos otro mm.
Estamos en 29 mm
Bueno... casi perfecto. Vamos a partir de aqui a afinar un poco mas y cortaremos solo 0,5
mm. Asi que nos quedaremos en 28,5 mm.
Bien, la parte central de canales está ya estabilizada y un rendimiento casi óptimo en toda la
banda. Vamos ahora a cortar otro 0,5 mm y nos ponemos en 28 mm.
Pues casi hemos dado en el clavo. Observad la evolución hasta aqui..y ahora, a partir de
aqui. Lo cierto es que, posiblemente, 0,5 mm sea aún una medida demasiado "grande" y
deberiamos afinar más, pero ahi está la evolución y podremos ir deduciendo por donde tirar
en cada caso. Vamos acortando...
Observando vemos que ya se nos va alterando el gráfico...otro recorte....
Vamos a menos..... ¿otro recorte?
Definitivamente ya nos hemos pasado cortando... no vale la pena seguir. De todas formas la
progresión nos ha servido para comprobar que no podemos despreciar en absoluto los
decimales y cortar a "bulto" nuestras antenas, y, que, por obvio que parezca hay que cuidar
al máximo los detalles y ajustar las medidas con un "pie de rey".
A partir de aqui, la próxima experiencia será trasladar nuestro dipolo a una linea de
alimentación de mayor longitud... teniendo en cuenta, si recordais, que la longitud fisica de
nuestro dipolo (Longitud de onda x 0.475 ) deberia de ser 5,84725 cm / 2 = 2,923625
cm (en el centro de la banda) y no deberia de alterarse. Pero eso ya será en el próximo
capitulo...aunque, si alguien quiere ir
Taller de Antenas (5)
Este documento esta basado en las recopilaciones y experiencias propias del autor. El autor
declina cualquier responsabilidad derivada de la aplicación de este tutorial. La distribución
total o parcial de este documento con fines comerciales esta expresamente prohibida en
cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito del autor.
Calculando la linea de alimentación
Sin lugar a dudas este es un tema que ha levantado y levantará todo tipo de controversias y
opiniones. Si os dais una vuelta por los buscadores de Internet buscando una formula
"mágica" acabareis como estais, es decir, sin sacar nada en claro. Desde explicaciones
matematicas fundamentadas que, al llevarlas a la practica, no funcionan, hasta articulos con
mas o menos buena voluntad del "a mi me han dicho". Lo cierto es que la mejor definición
es aquella que, llevada a la práctica, funciona. En frecuencias bajas, donde hacen falta
grandes longitudas de cable es bastante dificil de demostrar cualquier teoria, pero en
frecuencias altas y de microondas, aunque tengamos que luchar muchas veces con
longitudes imposibles de cortar (por lo micrometricas), tenemos la ventaja de que podemos
"ver" fisicamente el comportamiento y la incidencia de las mismas en nuestros equipos. Hay
incluso quie se atreve a decir que las ondas estacionarias o SWR "no existen" y luego dice,
muy ufano,que lo unico que hay es una "desadaptación" de impedancias y que "eso" no
afecta para nada en el rendimiento de nuestros equipos. En este capitulo demostraremos en
la practica que si existen y, ademas, la incidencia que tienen en nuestras instalaciones tanto
en emisión como en recepción, y habeis leido bien, en recepción afectan de la misma forma,
y de que manera.
De momento vamos a olvidarnos de nuestra antena del capitulo anterior.¿Porque?... pues
bien, aunque hemos visto que realmente hemos sido capaces de "clonar" una original, lo que
queremos es ser capaces de diseñar nuestras propias antenas o bien comprobar si esas
antenas que ya tenemos en nuestra instalacion realmente funcionan o nos han vendido una
"moto".
Lo primero que debemos tener en cuenta a la hora de diseñar nuestra linea de alimentación,
lease "pigtail", "latiguillo" o como le querais llamar, son las caracteristicas técnicas del
material que vayais a utilizar.
Toda línea de transmisión tiene unas características especiales por las cuales la distinguimos
de las otras, siendo su rendimiento mejor o peor según sea la aplicación que le demos o la
onda de radiofrecuencia que transporte. Atendiendo a su constitución física se clasifican en:
Unifilares, Bifilares, Multifilares, de Cinta, Tubulares, Coaxiales y Guiaondas. Según su
utilización se clasifican en dos grandes grupos: aperiódicas o sea no resonantes, y periódicas
(sintonizadas). Las líneas de transmisión no deben radiar energía, sino que la deben
transportar con el máximo rendimiento posible. Una de las características más importantes
de las líneas de transmisión es su impedancia, que está determinada físicamente por los
materiales que la constituyen: diámetro y disposición de los conductores así como el
dieléctrico que los separa.
El valor de la impedancia característica de una línea de transmisión Zd se halla en función de
la autoinducción y de la capacidad de la misma. Se expresa por la formula:
Zd es la impedancia característica que corresponde a la unidad de longitud, por lo que
podemos afirmar que toda línea de transmisión tiene un determinado valor de impedancia
característica.
Se llama factor de velocidad a la relación entre la velocidad con que una onda de radio viaja
por una línea de transmisión y la velocidad con que se propagaría en el caso de una línea
teórica cuyo dieléctrico sea el vacío con factor de velocidad uno. En líneas físicas este factor
siempre será menor que la unidad, ya que la constante dieléctrica también lo es. Cuanto
menor sea el factor de velocidad más tardara la onda en recorrer la línea .
Al circular una onda de radio por una línea de transmisión cuya impedancia varía de repente,
una parte de la energía será reflejada hacia el generador y se producirán ondas
estacionarias. Por lo tanto, sobre la línea tendremos dos ondas, una que circula del
generador hacia el extremo de la línea y otra desde la discontinuidad al generador, de tal
modo que se crearán a lo largo de la línea unos puntos en que la tensión variará de cero al
doble de su valor; la corriente hará lo mismo en los puntos intermedios.
Para analizar el efecto de las ondas estacionarias consideremos una línea acoplada por un
extremo al generador de radiofrecuencia y cuyo otro extremo esté en corto circuito. En este
punto tendremos un máximo de intensidad y un cero de tensión. El valor instantáneo de la
corriente reflejada será diferente a lo largo de la línea; en ciertos puntos será tal que la fase
de la corriente reflejada y la salida se anularán entre si, mientras que en otros puntos se
sumarán. La distancia entre estos puntos varía según el factor de velocidad de la línea y de
la frecuencia de la onda, de tal manera que si en el extremo corto-circuitado las intensidades
están en fase, a una distancia múltiplo de medias longitudes de onda lo volverán a estar. En
el caso de que el extremo de la línea opuesto al generador esté abierto, la corriente y
tensión circulan en concordancia de fase a lo largo de ella, hasta que llegan al extremo
abierto. En este punto la corriente tiene que desaparecer, ya que no hay movimiento y
tendrá que volver sobre su camino retornando hacia el generador; en el extremo abierto de
la línea existirá un máximo de tensión. Si en el extremo abierto la corriente está en fase,
volverá a estarlo en un punto distante de aquél un cuarto de onda y en todos los múltiplos
impares. La onda reflejada tiene la misma velocidad de propagación sobre la línea de
transmisión que la onda incidente.
Hemos visto los casos en que la línea de transmisión termina en corto-circuito o está
abierta. Cuando la línea termina con una resistencia pura, parte de la potencia de
radiofrecuencia será absorbida por la resistencia; la potencia reflejada será inferior a la
incidente y, por lo tanto, en ningún punto de la línea la tensión y la intensidad de la onda
reflejada podrán anular la tensión e intensidad de la onda incidente.
En el caso de estar terminada la línea en una reactancia pura, la forma de la onda
estacionaria será intermedia entre la que se forma en una línea terminada en corto-circuito y
la terminada en circuito abierto; la separación entre los modos de corriente y tensión seguirá
siendo de 900. La línea puede terminar en una capacidad grande y una inductancia
pequeña; en este caso la forma de la onda estacionaria se aproximará a la de corto-circuito.
En el caso de terminar en una inductancia elevada y una capacidad pequeña se aproximará
a la forma de onda de una terminación abierta.
La relación entre los valores máximo y mínimo de tensión o corriente medidos a lo largo de
la línea determina la relación de ondas estacionarias.
Cuando la potencia es absorbida completamente por la carga en el extremo de la línea, la
relación de ondas estacionarias es uno. Si la línea está terminada por una resistencia pura,
tendremos que la relación de ondas estacionarias "ROE" será la relación entre la impedancia
de carga y la impedancia de la línea
Cuanto mayor sea el cociente de reflexión, mayor será la ROE normalmente referida a la
tensión o a la corriente. Las pérdidas en las líneas de transmisión suelen ser debidas a los
aislantes y a los conductores. Las primeras, debidas al dieléctrico, son directamente
proporcionales a la frecuencia; a mayor frecuencia más pérdidas. Las segundas aumentan en
función de la raíz cuadrada de la frecuencia y a causa del efecto peculiar de los conductores,
que tendrán más resistencia efectiva cuanto más alta sea la frecuencia de la onda que
circule por ellos.
Asi pues, sabiendo esto, lo primero que debemos conocer es el factor de velocidad del cable
que vayais a usar. En nuestro caso estamos utilizando cable RG58 C/U, no porque sea el
mejor, sino porque es el que mas a mano teniamos, y, a pesar de que no es el mejor entre
los propios RG-58, tampoco es el peor para una distancia corta. Vamos pues a ver las
caracteristicas de nuestro cable.
Nominal
Nominal Nominal
Nominal Nominal %
Attenuation
O.D. Capacitance Impedance Velocity of
Description (inches)
pF/ft
(Ohms) Propagation MHz dB/100 ft
RG 58C/U 20/19
STC
Solid
Polyethylene
Dielectric
95% Tinned
Copper Braid
PVC Jacket, CSA
- UL
Flame Rated FT1 or FT-4
.195
30.8
50
66
50
100
200
500
900
4.1
5.3
8.2
12.6
20.0
Si nos fijamos en el recuadro de "Nominal Attenuation" rapidamente nos daremos cuenta de
que no es el cable mas adecuado para trabajar a 2,4 Ghz ya que vamos a tener una
atenuacion de mas de 2db por metro, pero, todo y asi, vamos a usarlo en nuestro ejemplo
puesto que solo necesitamos un par de metros para hacer un "pigtail" o "latiguillo". Para
distancias mayores os recomendamos cables del tipo RG-213 o en su defecto, si no teneis
problemas de presupuesto, LMR-400 que, sin duda, es de los mejores, sino el mejor.
Pero vamos a lo que ya tenemos. Es decir, un factor de velocidad del 66% y una
impedancia de 50 ohms para el cable RG-58 C/U.
Establezcamos pues la medida de cable que necesitemos, en nuestro caso, para hacer
pruebas de antenas y hardware posteriores nos bastaria con una longitud de cable que
rondara 1'5 mts. Asi pues, si partimos de la base de que queremos igualar las condiciones
de impedancia que tenemos a la salida del transmisor y trabajar con una antena con una
impedancia de 50 ohms, la formula seria:
Longitud de onda / 4 x Numero impar x Factor de velocidad = Longitud fisica del
cable
Pasandolo a numeros
12,3 / 4 = 3.075 x 75 x 0,66 = 152,212 cm
Este valor es teorico y raramente sera exacto debido a posibles errores milimetricos, de
inducción, conexion y/o fabricación del cable, asi que, cortando el cable aproximadamente
sobre los 154 cm. podremos ir recortandolo milimetro a milimetro hasta obtener un "pigtail"
perfecto para trabajar posteriormente con cualquier antena que tenga una impedancia tipica
de 50 ohms, que , a la postre, es lo que nos interesa.
En nuestro caso, vamos a comprobar la validez de nuestros calculos colocando una
resistencia "pura" de carbón de 51 ohms como resistencia de carga,(ni se os ocurra poner
una resistencia bobinada), aunque lo mas adecuado seria una carga artificial comercial de 50
ohms blindada. De esta forma tenemos la seguridad de que nuestro "pigtail" tendra la
longitud adecuada para esa impedancia. En el ejemplo de la fotografia hemos soldado
directamente la resistencia al cable, pero yo os aconsejaria hacerlo ya con el conector que
vayais a usar posteriormente con vuestras antenas para no tener que andar luego retocando
la longitud del cable. Ni decir tiene que los rabillos de la resistencia deben de ser lo mas
cortos posible y debeis de ubicar la resistencia de carga lejos de cualquier objeto metalico
que os pueda proporcionar lecturas erroneas, en nuestro caso hemos utilizado un tubo de
PVC a modo de soporte.
Vamos a ver ahora las lecturas que vamos obteniendo con WlanExpert. Logicamente no
vamos a verlas todas para no sobrecargar la pagina, pero es interesante ver la evolución,
milimetro a milimetro, del comportamiento de nuestra linea de alimentación para que os
deis cuenta de la importancia de la linea de alimentación... para que luego nos digan que
"cualquier medida" nos vale. Si en lugar de una resistencia de carga optais ya directamente
por una antena y teneis un punto de acceso cercano, prestad atención a la evolución del
"Signal Strength" de la misma en función de la longitud del "pigtail" en la pantalla "General"
del WlanExpert. Posteriormente, cuando hablemos de antenas, ya lo iremos viendo pero,
mientras, id tomando vistas.
Para empezar vamos a ver la lectura "habitual" cuando aun estemos fuera del punto de
resonancia. Aunque aparezcan dos "picos" en dos canales determinados esto no indica que
nuestra linea funcione correctamente, mas bien son puntos aleatorios de resonancia en
determinados canales. En definitiva, nada a tener en cuenta.
A partir de aqui vais a ir viendo la secuencia de progresión a medida que nos acercamos al
punto de resonancia. No quiere decir esto que en vuestro cable tengais que ver
"exactamente" lo mismo, porque, como ya hemos explicado, son multitud los factores que
influyen en la medida "final".
Nos acercamos. Cuando veais algo parecido, afinad el corte porque no estais lejos.
Se va "aplanando".Ya, asi mismo, nos seria útil.
Un poco mas....
¿Nos habremos pasado?
No, por suerte no nos habiamos "pasado"...una linea con una respuesta como esta es ya
excelente. De hecho nosotros solo conseguimos "aplanarla" casi totalmente una sola vez,
pero ya fue cuestión de suerte al cortar el cable.
Esto seria perfecto...aunque, posiblemente, cuando intenteis soldarle el conector deberiais
volver a retocarla y cuando le coloqueis la antena otra vez, etc... y tampoco se trata de ser
mas "papistas que el papa", ya que lo que buscamos es un "pigtail" correcto y que no nos
confunda cuando le conectemos una antena.
Bien, esto que habeis visto hasta aqui y que parece facil, nos llevo mas de 5 horas hacerlo
ya que, entre soldar, cortar, medir y a veces nos pasabamos y otras no llegabamos, pero, la
seguridad de tener un "pigtail" casi perfecto y que no nos engañe respecto a las antenas que
podamos usar en el futuro, paga con creces el esfuerzo...y ya lo ireis viendo. Nuestro
"pigtail" en concreto mide 151,1 cm. , es decir, algo mas corto de lo que, en teoria, deberia,
pero eso no quiere decir que el vuestro deba de medir lo mismo ya que, como hemos dicho,
son muchos los factores que influyen, desde los conectores, pasando por el tipo de cable
(segun el fabricante), el rabillo de la resistencia de carga, etc... asi que tendreis que jugar
un poco con el hasta que deis con la medida correcta... y aqui os dareis cuenta del porque
del precio de los "pigtails" comerciales, que, ademas, en la mayoria de los casos, solo sirven
para "sus" antenas.
Taller de Antenas (6)
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cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito del autor.
Nuestro primer dipolo o antena de media
onda.
Sin lugar a dudas esta es la antena clasica por excelencia, y la gran mayoria de antenas,
salvo excepciones, basan su funcionamiento en el dipolo o bien en su "sucedaneo", la antena
de 1/4 de onda, hasta tal punto que, como ya explicabamos en el primer capitulo dedicado a
antenas, las medidas de ganancia o atenuación del resto de antenas se hacen respecto a él.
Bien, parece sencillo, pero vamos a analizar los problemas con los que nos vamos a
encontrar. El primero salta a la vista. Tenemos una impedancia tipica de 73 ohms y nosotros
vamos a utilizar una linea de 50 ohms (en realidad suelen ser 52 ohms). El segundo,
tambien es obvio. Vamos a utilizar una linea coaxial, es decir no balanceada, es decir,
asimetrico, y nuestro dipolo es a todas luces un elemento balanceado, es decir, simetrico.
Asi pues debemos de resolver estos problemas para conseguir que nuestro proyecto llegue a
buen puerto.
Para conseguir rebajar la impedancia tipica de nuestra antena la solución seria colocar una
resistencia en paralelo de un valor determinado por la Ley de Ohm que nos dice que si
colocamos dos resistencias en paralelo, el valor de la resistencia resultante es la suma de los
valores de las mismas dividido por el numero de resistencias. Asi pues en nuestro caso:
73+x/2= 50 ohms
De lo que se deduce que nuestra resistencia ideal deberia de ser de 27 ohms. Pero, claro,
tampoco se trata de poner una resistencia de carbon en paralelo, ya que, evidentemente,
absorberia parte de la energia radiada, aparte de generar otros muchos problemas.(Yo he
visto algunas antenas comerciales de fabricantes poco escrupulosos hacerlo...). Asi
pues...¿que hacer?.
Pues, si deducimos un poco, llegaremos a la conclusion de que, si a nuestro dipolo le
"cortamos" uno de sus elementos tendremos una impedancia de justo la mitad...¿no es
cierto?... asi pues 73/2= 36,5 ohms . Asi que, si le añadiesemos, en paralelo, a nuestra
antena un elemento radiante de 1/4 de onda le "sumariamos" una impedancia de 36,5 ohms
con lo que tendriamos:
36,5+73/2= 109,5/2 = 54,75 ohms
No esta mal...¿verdad?... Pues bueno, esto es lo que hace, aparte de otras cosas, un
BALUN, que toma su nombre del ingles Balanced/Unbalanced o sea convierte una linea
simetrica en asimetrica mediante un elemento resonante de 1/4 de onda para evitar
retornos de radiofrecuencia a traves de la masa de nuestra linea de alimentación, y, a la vez
adapta la impedancia de nuestro dipolo a una impedancia muy cercana a la de nuestra linea
de alimentación. Para aquellos que querais saber "algo mas" en referencia a estos temas
aqui teneis un enlace a un documento de la Universidad Politecnica de Madrid que no
deberia faltar en la biblioteca de cualquier experimentador de antenas y aqui otro similar
tambien de mucha utilidad.
Los dos tipos mas utilizados (hay bastantes mas) en microondas son estos:
Aqui quizás se vea mejor el Bazooka
Asi pues, acabamos de descubrir uno de los "grandes secretos" de las antenas... ahora
haced un repaso mental a las antenas que teneis montadas, o que os habeis construido e id
echando cuentas de cuantas disponen de un elemento "adaptador" de impedancias.
Vamos pues a construir nuestro dipolo. Nosotros hemos tenido preferencia por el tipo
"Bazooka", mas que nada porque con el del "Balun Partido" nos da cierto reparo tener que
"cruzar" fisicamente la "masa" y el "vivo" de nuestra antena, aunque, posiblemente funcione
igual de bien. Y he aqui la imagen.
Dicen algunas teorias, que, al añadir el balun a nuestra antena y eliminarse los posibles
retornos de radiofrecuencia, la longitud del cable de alimentación de nuestra antena deberia
de ser indiferente. Vamos a comprobar si es cierto. Cortamos el cable de alimentación a una
distancia "a voleo". Vamos a ver que nos dice nuestra tarjeta mediante el WlanExpert al
respecto.
Uff...que mal.¿habremos medido mal los elementos de nuestro dipolo?. Repasamos las
medidas y parecen estar bien. Vamos a cortar unos mm. de nuestra linea de alimentación,
en teoria no deberia de variar... a ver que pasa.....
Pues esto parece que ha variado!. Fijaros en el principio de la banda... entre los canales 14.... ¿cortamos un poquito mas?
Pues si...parece que la longitud del cable de alimentación SI TIENE QUE VER!!!
La experiencia previa nos dice que, a poco que afinemos conseguiriamos "aplanar" nuestro
grafico, pero ahora que ya esta demostrado que la longitud del cable tiene que ver (y
mucho) con el rendimiento de nuestra antena, vamos ahora a probar como se comporta
nuestra antena alimentandola con el "pigtail" que construimos en el capitulo anterior y asi,
de paso, verificamos su funcionamiento. Asi que, manos a la obra. Sustituimos el cable por
nuestro "pigtail" y ...
Bien!. Ahora ya no hay duda. Nuestro "pigtail" funciona de maravilla. Posiblemante
reajustando los extremos de nuestro dipolo conseguiriamos que aun fuera mas perfecto el
rendimiento,(recordemos que habiamos ajustado nuestro pigtail para una impedancia de 51
ohms) todo y que, un grafico como el anterior es ya excelente para nuestra antena y para el
rendimiento del paso final de nuestro transmisor.
Demostrado queda pues que, dejando aparte el tipo de antena, la linea de alimentación
tiene un papel crucial en nuestra instalación.
Y para aquellos aún reticentes (que los habra), en el proximo capitulo vamos a ver, en la
practica, la incidencia REAL de cuanto hemos comprobado hasta aqui en nuestros enlaces.
Taller de Antenas (7)
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Rendimiento del dipolo en función de la linea
de alimentación.
Tal y como hemos visto en el capitulo anterior, el rendimiento o eficacia de nuestra antena
se ve alterado significativamente en función de la adaptación de la antena con el sistema de
alimentación y, logicamente, con la adaptación de este con nuestro emisor receptor. En este
capitulo vamos a ver realmente la importancia que esto tiene, y mas en nuestro caso, dada
la escasa potencia con la que nos esta permitido trabajar.
Para ello contamos con un Punto de Acceso remoto, a modo de baliza, situado
aproximadamente a 3 Km. de nuestra ubicación. Es un USR2450 con su propia antena en
polarización vertical y sin ningun tipo de reflector.
Para nuestro experimento contamos con nuestro dipolo de media onda adaptado y fijado en
el exterior con un soporte de PVC, al que conectaremos un cable de alimentación con una
medida ligeramente superior a un multiplo impar de 1/4 de onda suficiente para poder
experimentar tranquilamente desde el interior y comprobar la incidencia de una buena
adaptación en el rendimiento de nuestra instalación. Logicamente, al cortar a "voleo" la
progresión de las primeras mediciones no fue exactamente en la progresión que os vamos a
mostrar, ya que tuvimos bastante suerte y en las primeras mediciones habiamos llegado ya
al punto óptimo, asi que nos "pasamos" voluntariamente para poder mostraros la evolución.
Asi que la progresión es de "peor" a "mejor".
Bueno, aqui tenemos la forma "clasica" de la linea cuando no esta sintonizada en ningun
punto. La medicion de la señal era esta:
Como podeis ver, hay señal, aunque impracticable totalmente -91.2 dBm. Cortamos un poco
más...
Aqui parece que ya se va arreglando un poco mas el asunto... la señal:
Bueno... ha cambiado ya de color... tenemos ahora -88.5 dBm, es decir, con un simple corte
de alrededor de 1 mm. hemos ganado 2,7 dBm. Seguimos cortando....
Bueno... este ya ha sido un corte bastante bueno... vamos a ver la respuesta de la señal...
No esta nada mal... -84,1 dBm , es decir, 7,1 dbm mas de señal que en la primera
medición.... cortamos un poquito mas...
Bonita curva... veamos....
Hemos ganado un poquito mas.... -83,8 dBm...es decir, vamos ya por los 7,4 dBm
ganados... ¿intentamos afinar?
Casi perfecta.... vamos a ver la ganancia....
Ha cambiado otra vez de color!... -83.4 dBm, justo ya en el umbral, es decir 7,8 dBm mas
que en la primera medición!.
A partir de aqui ya nos pasamos y la cosa fue decreciendo de nuevo...no esta nada mal el
enlace para estar trabajando con un dipolo "a pelo"...
Conclusión. La desadaptación de la linea de transmisión trabajando con la mejor antena del
mundo puede hacer que pasemos de tener una antena maravillosa al trasto mas inutil que
nos podamos imaginar. Y ya, para aquellos que no se molestan en pasarse unas cuantas
horas afinando su instalación en la práctica y solo basan su conocimiento en la teoria...la
prueba mas irrefutable... coged la antena que llamabamos de "REFERENCIA", es decir, la
propia antena del USR 2450, os buscais un par de conectores y le poneis un cable cortado a
"voleo".... vereis el resultado......
La evidencia habla por si sola...
Taller de Antenas (8)
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Consideraciones previas
Bien, teniendo pues, como hemos visto en el capitulo anterior, un punto de referencia válido
con el que comparar rendimientos y eficiencia de las distintas antenas vamos ya a entrar en
harina. Vamos a recordar, para establecer el punto de partida, el valor en dbm de nuestro
dipolo en relación con nuestro Punto de Acceso a modo de baliza situado sobre unos 3 Km.
En adelante vamos a obviar ya el tema de la linea de alimentación, puesto que ha quedado
mas que demostrada su influencia en el rendimiento de cualquier sistema. Asi pues, en
cualquier medición posterior que lo precise, con cualquier antena, vamos a usar SIEMPRE
nuestro "pigtail" ajustado sobre nuestro dipolo de media onda, dando por sentado que la
impedancia que presentara estará siempre rondando los 50 ohms. Aunque cientificamente
no sea asi, para nuestra comparativa vamos a establecer el valor asignado de ganancia 1 a
nuestro dipolo que, si recordamos, nos daba una lectura optima de -83,4 dBm en referencia
a la señal recibida.
En ningun caso vamos a entrar a analizar el porque una antena funciona o no funciona, ni
cual es su impedancia, ni sus carácteristicas ya que esto nos llevaria muchisimo tiempo y,
posiblemente serviria solo para entrar en discusiones bizantinas, asi que simplemente nos
vamos a ajustar lo máximo posible a los datos proporcionados por los diseñadores para la
construcción de las mismas, obviando aquellas que, claramente, no pueden funcionar porque
son mas fruto de la imaginación y de la buena voluntad de algunos colegas, que no de haber
realizado una comprobacion con fundamento de su rendimiento y eficacia.... y para muestra
un botón y comprendereis porque lo decimos:
LA ORIGINAL
LA COPIA
Evidentemente se trata de la misma antena. ¿Cual es la diferencia?... pues si habeis leido
con un poco de atención los capitulos anteriores lo deducireis rapidamente.
Asi pues vamos a analizar una a una las distintas antenas que nosotros hemos construido y,
al final vamos a establecer una tabla ordenando de mejor a peor los resultados obtenidos
para que os sea facil escoger. Obviamente aún no las hemos probado todas, y ,
seguramente nos queden algunas por descubrir, pero a medida que vayamos probandolas o
nos lleguen referencias de las mismas, iremos incluyendolas en nuestra comparativa.
Tincan o Guiaondas
Por su sencillez de construcción y su economia fue una de las primeras elegidas. Y ya os
adelantamos que es una de las mejores opciones para distancias medias. Los parametros
originales del constructor podeis encontrarlos aqui:
http://www.saunalahti.fi/elepal/antenna2.html
La tabla de construcción dependiendo de las medidas de vuestro bote aqui:
http://www.saunalahti.fi/elepal/antenna2calc.php
aqui podeis ver una primera adaptación nuestra con mediciones hechas con el NetStrumbler
y una tarjeta Enterasys. Del "hardware" ya hablaremos en capitulos posteriores... porque
tambien tiene su historia.
Nuestra tincan
Para no irnos por las ramas, para realizar nuestra antena hemos utilizado un bote de café
"Excelsior" (vamos a tener que pedir comisión por publicidad) cuyas medidas son:
Realmente, si os molestais en comprobar las medidas, la longitud de 3/4 Lg deberia de ser
133,5, pero como en el super no encontramos nada más parecido nos aventuramos con ella.
Luego veremos que, posiblemente, si encontraramos un bote con unas medidas mas
cercanas, conseguiriamos una mayor ganancia.
Asi pues, con estas medidas y con nuestro "pigtail" ajustado, conectamos la antena a
nuestra USR2445 y encaramos el bote hacia nuestro Punto de Acceso corresponsal.
Y estas fueron nuestras mediciones.
Como podeis observar la señal recibida ronda los -78,7 dBm, es decir, en comparacion con
nuestro dipolo de referencia que nos daba -83,4 dBm, una ganancia de 4,7 dBm respecto
a un dipolo!!!!
Y como curiosidad, la respuesta de nuestra antena....
Para no haber reajustado nada... no esta nada mal...¿verdad?.
Y ya puestos a experimentar sustituimos nuestro bote de cafe por un bote de cacahuetes
"Eagles". La medida de 3/4 de Lg en este caso quedo reducida a solo 84 mm.
Y el resultado....
Eppppp... realmente el valor de 3/4 de Lg si tiene su importancia... como podeis ver nuestra
ganancia se ha visto reducida a 2,4 dBm asi que nuestro proximo objetivo será encontrar o
fabricar un bote con las medidas precisas para acabar de concretar la ganancia exacta de
nuestra tincan... asi que en pie queda el compromiso...pero mientras ya os podeis hacer una
idea de la efectividad de esta sencilla antena.